Mikrobiologia Ŝywności Grzyby mikroskopowe stosowane w procesach przemysłowych technologii Ŝywności Królestwo: Grzyby Podział ze względu na rozmiar • grzyby mikroskopowe • grzyby makroskopowe tradycyjny • droŜdŜe (jednokomórkowe) • grzyby strzępkowe (nitkowate, mycelialne, pleśniowe) Podział ten jest nieprecyzyjny - ten sam gatunek, zaleŜnie od warunków, moŜe rosnąć w postaci pojedynczych komórek lub rozgałęzionej grzybni • droŜdŜaki – wytwarzają strzępki, mogą rozmnaŜać się tylko wegetatywnie DroŜdŜe Grzyby mikroskopowe Chemoorganotrofy - wykorzystują związki organiczne jako źródło węgla i energii • saprofity - organizmy cudzoŜywne (heterotrofy) odŜywiające się związkami organicznymi pochodzącymi z rozkładu martwych szczątków roślin i zwierząt • pasoŜyty – organizmy cudzoŜywne wykorzystujące stale lub okresowo organizm Ŝywiciela jako źródło poŜywienia lub/i środowisko Ŝycia Metabolizm tlenowy i beztlenowy Klasyfikacja droŜdŜy Podstawy klasyfikacji pokrewieństwo filogenetyczne sposób rozmnaŜania generatywnego i wegetatywnego cechy morfologiczne komórki cechy hodowlane tworzenie pigmentu tworzenie wegetatywnych spor, pseudogrzybni, grzybni właściwej cechy biochemiczne (wytwarzanie ureazy, zdolność do asymilacji i fermentacji róŜnych źródeł węgla i asymilacji azotanów) budowa ściany komórkowej (zawartość glukanów, mannanów, chityny) budowa DNA jądrowego (zawartość procentowa par GC) Klasyfikacja droŜdŜy 3 klasy droŜdŜy (ok. 90 000 gatunków) Ascomycetes Rodzina: Ascoidiaceae Spermophtoraceae Endomycetaceae Schizosaccharomycetace ae Saccharomycodaceae Lipomycetaceae Saccharomycetaceae Basidiomycete Deuteromycetes s Rodzina: Filobasidiaceae Teliosporaceae Sirobasidiaceae Rodzina: Trichosporoideae Cryptococcoideae Rhodotoruloideae Sporobolomycetoidea e Saccharomyces cerevisiae izolowany ze skórek winogron Domena: Eukarya Królestwo: Fungi Gromada: Ascomycota Podgromada: Saccharomycotina Klasa: Saccharomycetes Rząd: Saccharomycetales Rodzina: Saccharomycetaceae Rodzaj: Saccharomyces Gatunek: Saccharomyces cerevisiae Metabolizm tlenowy i beztlenowy Optimum temperatury - 25 - 30°C Optimum pH - 6,5 komórki kuliste lub owalne 5 - 10 µm średnicy Morfologia komórek droŜdŜy Wielkość: 1-8 µm długości; 1-6 µm szerokości Kształt: kulisty, elipsoidalny, butelkowaty, cylindryczny, nitkowaty cytrynkowaty, Wielkość i kształt komórek zaleŜy od rodzaju droŜdŜy, warunków środowiska, stanu fizjologicznego, funkcji komórki w populacji. RozmnaŜanie wegetatywne droŜdŜy Pączkowanie • na całej powierzchni (wielobiegunowe) • jedno- lub dwubiegunowe (tworzenie róŜnych ugrupowań) Podział (wewnątrz komórek tworzą się poprzeczne przegrody – septy) Pączkowanie i podział Podział mitotyczny jądra komórkowego i podział cytoplazmy; komórka potomna identyczna z komórką macierzystą, ploidalność populacji nie ulega zmianie Typowe ugrupowania droŜdŜy A – Saccharomyces cerevisiae, B – S. bayanus, C – S. ellipsoideus, D – Kloeckera apiculata, E – Candida vini, F – S. ludwigii, G – Schizosaccharomyces pombe RozmnaŜanie wegetatywne droŜdŜy Tworzenie grzybni i pseudogrzybni Grzybnia (mycelium) - wydłuŜone, nitkowate struktury, często rozgałęziające się, złoŜone z komórek posiadających poprzeczne przegrody Pseudogrzybnia (pseudomycelium) – wydłuŜone, nitkowate struktury, często rozgałęziające się, złoŜone wyłącznie z komórek pączkujących lub pojedyncza, nitkowata komórka, mogąca rozgałęziać się, nie posiadająca przegród poprzecznych A – pseudogrzybnia, B i C - grzybnia RozmnaŜanie wegetatywne droŜdŜy A – blastospory B – balistospory C – artrospory D - chlamydospory RozmnaŜanie generatywne droŜdŜy Ascomycetes i Basidiomycetes Podział mejotyczny jądra komórkowego Pokolenie haploidalne i diploidalne (jednocześnie lub kolejno po sobie) Komórki haploidalne o róŜnych typach koniugacyjnych (MATa i MATα), mogą się łączyć w diploidalną zygotę • MATa i MATα – wysoka częstotliwość koniugacji • MATα i MATα – niska częstotliwość koniugacji • MATa i MATa – brak zdolności do koniugacji Diploidalne homozygoty a/a i α/α mogą koniugować ze sobą z taką samą częstotliwością jak haploidy Formy spor i worków droŜdŜy Ascomycetes Kształty spor są typowe dla rodzaju droŜdŜy Cechy hodowlane droŜdŜy Większość droŜdŜy jest typowymi mezofilami, temperatura optymalna wzrostu waha się w granicach 25 – 30oC gatunki psychrofilne (2-7 °C) Candida psychrophila gatunki termofilne (do 44 °C) Saccharomyces telluris Optymalne pH wzrostu – lekko kwaśne; zakres pH 3,0 – 7,5 Typy wzrostu droŜdŜy w poŜywce płynnej • • • • • zmętnienie i sedymentacja wysepki na powierzchni błonka wspinająca się na ścianki pierścień na powierzchni koŜuch na powierzchni • • Cechy hodowlane droŜdŜy typy powierzchni kolonii na podłoŜu stałym (S, R) A – gładka, B – gładka z wzniesieniem na środku, C – gładka z kraterem na środku, D - płaska gładka, E – pomarszczona, F – płaska pomarszczona, G – pomarszczona z pseudomycelium wrastającym w poŜywkę Cechy hodowlane droŜdŜy wymagania pokarmowe Zawartość wody – co najmniej 30% • droŜdŜe osmofilne – do 60% sacharydów Organiczne źródła węgla • monosacharydy (glukoza, fruktoza, mannoza) • disacharydy (sacharoza, rzadziej laktoza) • trisacharydy (rafinoza) • polisacharydy (skrobia, pektyna) • alkohole (etanol, metanol, etanodiol, glicerol) • niektóre kwasy organiczne • niekonwencjonalne źródła węgla (n-alkany, celuloza, lignina) Cechy hodowlane droŜdŜy wymagania pokarmowe Źródła azotu •związki organiczne •fosforan amonu, jony NO3-, NO2- Źródła fosforu •fosforany potasu Źródła wapnia i magnezu •woda wodociągowa Witaminy (kwas pantotenowy, biotyna, tiamina, pirydoksyna, niacyna) Przemysłowe zastosowanie droŜdŜy Tradycyjne biotechnologie • produkcja wina • prdukcja piwa • produkcja spirytusu • produkcja kefirów • produkcja pieczywa i ciast Nowoczesne biotechnologie • produkcja antygenów szczepionkowych • produkcja enzymów • produkcja przeciwciał monoklonalnych • produkcja bioetanolu ??? Grzyby strzępkowe (pleśnie) Grzyby wielokomórkowe Chemoorganotrofy • saprofity • pasoŜyty Metabolizm tlenowy Zazwyczaj mezofile, optymalna temperatura 20-35 °C • występują teŜ pleśnie psychrofilne, psychrotrofowe i termofilne, zakres temperatury -10- +55 °C Optymalne pH 3,0-5,5, zakres 1,5-10 Minimalna zawartość wody w poŜywce 11-14% Klasyfikacja grzybów strzępkowych Podstawy klasyfikacji cechy morfologiczne grzybni wegetatywnej cechy morfologiczne konidioforów cechy morgologiczne zarodników sposób rozmnaŜania 5 klas grzybów strzępkowych Mastigomycetes Zygomycetes Ascomycetes Deuteromycetes Basidiomycetes Morfologia i fizjologia grzybów strzępkowych Strzępki grzybni mogą posiadać lub nie posiadać ścian poprzecznych (komórczak) • komórczak jest wielojądrzasty • strzępki podzielone septami mogą wielojądrzaste • septy mogą być pełne lub perforowane być 1, 2 lub Ściana komórkowa zbudowana z chityny, glukanu, lipidów i białek Wzrost na długość – za pomocą części szczytowych strzępek Rodzaje strzępek pleśni RozmnaŜanie grzybów strzępkowych RozmnaŜanie bezpłciowe • za pośrednictwem zarodników tworzonych na grzybni powietrznej (na konidioforach) • za pomocą zarodników tworzonych w zarodniach na strzępkach powietrznych (w sporangioforach) RozmnaŜanie płciowe • za pomocą gamet Morfologia grzybów strzępkowych A, B – konidiofory Aspergillus i Penicillium C – tworzenie artrospor poprzez fragmentację strzępek Geotrichum G - sporangiofory Rhizopus Przemysłowe zastosowanie grzybów strzępkowych Produkcja antybiotyków • penicylina (Penicillium notatum, Penicillium chrysogenum) • cyklosporyna A (Trichoderma polysporum) Produkcja enzymów • α-amylaza, glukoamylaza, pektynaza, celulazy, proteazy, lipazy, katalaza (Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, Trichoderma) Produkcja kwasów organicznych • kwas cytrynowy (Aspergillus niger) • kwas itakonowy (Aspergillus itaconicus, Aspergillus terreus) • kwas mlekowy (Rhizopus oryzae) Produkcja stymulatorów wzrostu roślin • gibereliny (Giberella fujikuroi) Przemysłowe zastosowanie grzybów strzępkowych Produkcja lipidów •kwas γ-linoleinowy (Mucor favanieus, Mucor rouxii) Produkcja chityny i chitozanu (Aspergillus giganteus, Phycomyces blakesleanus) Produkcja serów pleśniowych (Penicillium roqueforti, P. camemberti, P. candidum, P. glaucum) Grzyby strzępkowe zanieczyszczają źle produkowane i przechowywane produkty spoŜywcze, są czynnikami wywołującymi alergie, a produkowane przez nie mikotoksyny zostały zakwalifikowane do grupy najgroźniejszych związków rakotwórczych